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热学性能篇:热膨胀性

作者:admin 发布日期: 2019-08-27 二维码分享

热学性能篇:热膨胀性

热膨胀性是指耐火材料随温度升高体积或长度增大的性能,其表示方法常用线膨胀率和平均线膨胀系数,也可以用体积膨胀率和体积膨胀系数。


线膨胀率是指由室温至试验温度间,试样长度的相对变化率(%)。平均线膨胀系数α是指由室温至试验温度间,温度每升高1℃(K),试样长度的相对变化率,单位为1×10-6C-1(K-1)。

相应地,体积膨胀用体积膨胀率(V/V0)或体积膨胀系数β来表示,β=V/(V0*T)

若线膨胀系数很小,则体积膨胀系数约等于线膨胀系数的3倍,即β=3α。对于各向异性晶体,各晶轴方向的线膨胀系数不同,分别设为αaαbαc,则有β=αabc

热膨胀系数实际上并不是一个恒定值,它随温度的变化而变化,平常所说的热膨胀系数都具有在指定的温度范围内的平均值的概念,应用时应注意它适用的温度范围。

材料的热膨胀性能与其结构和键强度密切相关,键强度高的材料具有低的热膨胀系数(如SiC材料)。对于组成相同的材料,由于结构不同,其热膨胀系数也不同。通常结构紧密的晶体,热膨胀系数都比较大,而无定形的玻璃,则一般具有较小的热膨胀系数。对于氧离子紧密堆积结构的氧化物,线膨胀系数一般较大。在非同向性晶体(非等轴晶系)中,其热膨胀的各向异性特别明显,各晶轴方向的热膨胀系数不等。在结构上高度各向异性的材料,其体积膨胀系数都很小。例如石墨的层内的键强度高,α值很小,1×10-6K-1;层间结合力很弱,α值高达27×10-6K-1

耐火材料的热膨胀性取决于其化学组成、矿物组成及微观结构,同时也随温度区间的变化而不同。

耐火材料的热膨胀对其抗热震性及体积稳定性有直接的影响,是生产(制定烧成制度)、使用耐火材料时应考虑的重要性能之一。对于热膨胀大的以及存在多晶转变的耐火材料,在高温下使用时由于膨胀大,为抵消热膨胀造成的应力,要预留膨胀缝。线膨胀率和线膨胀系数是预留膨胀缝和砌体总尺寸结构设计计算的关键参数。

耐火材料热膨胀性的试验方法有两种,分别是国家标准GB/T 7320.1-2000(顶杆法)和国家标准GB/T 7320.2—2000(望远镜法)。两者的实验原理:以规定的升温速率将试样加热到指定的试验温度,测定随温度升高试样长度的变化值,计算出试样随温度升高的线膨胀率和指定温度范围的平均线膨胀系数。

(1)顶杆法.试样由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀率按下式计算:

Ρ={(Lt-L0)+Ak(t)}/L0×1

式中Ρ=试样的线膨胀率,%(精确至0.01);L0=试样在室温下的长度,mm;Lt=试样加热至试验温度t时的长度,mm;AK(t)=在温度t时仪器的校正值,mm。试样由室温至试验温度的平均线膨胀系数按下式计算:

α=Ρ/{(t-t0)*100} 2-11)

式中α=试样的平均线膨胀系数,10-6-1Ρ=试样的线膨胀率,%;t0—室温,℃;t=试验温度,℃。

(2)望远镜法。试样由室温至试验温度的线膨胀率按下式计算:

P=(Lt-L0)/L0

Lt-L0=△L1+△L2

式中P=试样的线膨胀率,%;

L0=试样在室温下的长度,mm;Lt=试样加热至试验温度t时,左、右镜筒中观测点的长度变化,mm。

试样由室温至试验温度的平均线膨胀系数见式(2-11)。

常用耐火制品的平均线膨胀系数见表2-6,常用耐火浇注料的平均线膨胀系数见表2-7。

各种耐火砖的热膨胀曲线如图2-5和图2-6所示。


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